锂离子电池硅基负极材料的设计制备及电化学性质研究

发布时间：2020-07-21 22:33

【摘要】：单质硅具有4200 mA h g~(-1)的理论容量,储量丰富,是最有希望代替石墨的锂离子电池负极材料。然而,硅在和锂发生合金化反应的过程中会产生巨大的体积变化而且电子导电率较低,严重限制其实际应用。为了解决上述问题,本论文尝试合成了不同结构的硅负极材料并表征了其电化学性能。使用商业SiO制备了多孔硅,该结构在充放电过程中不发生粉化,而且能够有效地维持电极的形貌,表现出优秀的电化学性能。然后,合成了具有york-shell结构的Si@TiN复合材料。这种结构不仅为硅在合金化过程中的体积膨胀预留了空间,而且帮助电极形成了稳定的SEI膜,使材料具有优异的电化学性能。为了发展硅基负极材料的低成本制备方法,我们探索使用生物质废弃物稻壳作为原料合成了SiO_x/C复合材料。该材料中的碳既能缓冲硅的体积膨胀,又能作为导电基质传输电子,使材料获得良好的循环性能。进一步采用稻壳为原料,通过低温铝热还原过程制备了纳米硅材料。该制备方法不仅制备成本低,而且安全性高。制备出来的纳米硅具有互联多孔的结构,表现出良好的电化学性能。本论文工作为制备电化学性能优良且成本低廉的硅基负极材料提供了理论基础和可行的技术途径。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM912
【图文】：

发展路线,动力电池,离子电池

图 1.1 中国动力电池发展路线图[7]ure 1.1 The roadmap of lithium ion battery for electric vehicle in C子电池简介离子电池的组成1 年 6 月，日本索尼公司推出了第一块商品化的锂离子电池，业的一个新阶段[8]。锂离子电池是指锂离子嵌入和脱出正负极电池[9]，它具有工作电压高、循环稳定性好、自放电率低和环离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜和外壳五部分组，正负极是电池的核心部分，直接决定了电池的容量、能量性能。

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则发生相反的过程。锂离子从 LixC6中脱出，经过电解液和oO2中，电子经外电路进入到 Li1-xCoO2中，从而实现了由化学发生的反应如下：Li1-xCoO2+ xLi++ xe-→ LiCoO2………………LixC6→ 6C + xLi++ xe-……………………总反应方程式是：6C + LiCoO2 LixC6+ Li1-xCoO2………

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如图 1.4 所示[35]，所以实际应用比较困难。目前，用相关氧化物作为负极活性材料，是解决合金类材料循环性能以 Sn 基负极为例，常使用 SnO2作为负极材料[36-37]。SnO2在，首先会生成单质 Sn 和 Li2O，其中 Li2O 是非电化学活性的结构的稳定性，进一步 Sn 能和 4.4 个 Li 结合，生成 Li4.4Sn，产生容量。相对于单质 Sn，SnO2的循环稳定性有所提高，但是依旧一些特殊结构，例如纳米空心球、纳米线或者用导电物质进些方法都能进一步提高 SnO2的电化学性能。

【参考文献】